中文快讯

美国毅力号火星车已着陆火星,天问一号火星车着陆为何还要再等三个月?

来源:新华社

今天,火星这一红色星球又迎来一位地球来客——毅力号火星车。

北京时间2月19日4时55分,毅力号火星车成功软着陆火星,成为除好奇号之外的第二辆现役火星车,也是NASA(美国航空航天局)第9次成功登陆火星任务。

© 由 解放日报 提供 毅力号火星车(NASA)

从2020年7月30日发射至今,毅力号历时203天、飞行近5亿公里,最终成功闯过落火的“恐怖七分钟”,完美着陆。“恐怖七分钟”是火星探测器着陆过程中最关键、最惊惧、最危险的7分钟,短短7分钟内,火星探测器从进入大气层、急剧减速降落到着陆火星表面,整个过程毅力号全自动、及时、精准、高效地完成了上千个指令步骤。

© 由 解放日报 提供 © 由 解放日报 提供 毅力号着陆火星后传回的火星表面照片(NASA)

其实,无论是火星着陆器还是火星车,要想着陆火星都要经过空气动力减速、降落伞减速、反推动力减速等步骤,直至最后一关软着陆。但勇闯最后一关的模式却大不相同。按照目前的着陆方式,共分三种——

一是针对中小型探测器的“安全气囊法”,通过反推火箭助力减速、安全气囊包裹弹跳软着陆模式,让探测器从时速160公里降至时速48公里弹性撞冲火星表面。这种着陆方式特别适合不足200公斤的火星车,比如此前的勇气号、机遇号。

二是针对大型探测器的“着陆支腿法”,采用反推火箭减速+着陆器支撑模式,从时速160公里降至时速10公里以下,逐步减速直至最终软着陆。此种方式适合于几百公斤的着陆器和火星车。天问一号着陆器就将用这种模式挑战软着陆。不过,除了反推动力减速,天问一号还特别增加两次悬停操作,逐步降低着陆风险。

三是针对重型探测器的“空中吊车法”,通过采用反推火箭减速+空中吊车悬停方式投放火星车。着陆过程中,将时速160公里降至每秒0.75米的着陆速度,一旦火星车触地软着陆,立即切断绳索,空中吊车飞离。刚刚着陆火星的毅力号采用的正是这种模式。

© 由 解放日报 提供 空中吊车法(NASA)

比较而言,“空中吊车法”的难度最大,毅力号为何选择此模式?

专家分析,主要基于两方面原因。其一,像毅力号这种重达1吨的重型探测器的软着陆,必须装配重型反推火箭,而这种火箭在靠近火星表面时,将会掀起大量沙尘,对火星车及其科研仪器的损害极大。因此,在距火星表面大约18米处,火星车安全触地之时,需要立即熔断绳索,空中吊车快速飞离并在远处硬着陆,以避对火星车造成扬尘等不利影响。另一方面,“空中吊车法”可避免“安全气囊法”着陆质量有限的缺陷,也可以避免“着陆支腿法”对着陆地形要求极高的弊端。

那么,问题又来了,同样于2020年火星发射窗口发射的天问一号,甚至比毅力号发射还要早7天,为何还要绕火3个月后才能着陆?

这是因为首次探测火星的中国航天人选择了不同的方案。天问一号要在一次任务中完成“绕、着、巡”三步。正因为使命特殊,既有环绕器又有着巡组合体的天问一号探测器,也成为人类向火星发射的最重的探测器之一。当然,也因为是首次探火,我国采用“先绕后落”的模式也更加稳妥可靠。

此前的2月10日,天问一号顺利进入环火轨道,实现“绕、着、巡”第一步“绕”的目标。2月15日,天问一号将轨道调整为经过火星两极的环火轨道。后续,天问一号探测器还将经过多次轨道调整,进入火星停泊轨道,开展预选着陆区探测,计划于2021年5月至6月择机实施火星着陆,开展巡视探测。

天问一号又将经历怎样的着陆过程呢?

据透露,天问一号的整个着陆过程大约9分钟。9分钟内,需要将速度从约每秒4.9公里降到0。而完成这个任务的第一步,就要借助火星稠密的大气进行气动减速,一旦利用自身气动外形和防热结构扛过气动减速的第一关,天问一号探测器的速度就将成功减少90%左右。

第二步,需要立刻打开减速伞,直到速度降至每秒不到一百米时,探测器携带的变推力发动机会准时开机,进入动力下降段。

© 由 解放日报 提供 天问一号着陆巡视器开伞模拟图

第三步,当到达距火星表面100米时,进入悬停阶段,对预选着陆区进行再观察,选择最安全的着陆区着陆。当自主确定着陆区域后,着陆巡视器会在缓冲机构和气囊的保护下,抵达火星表面。

© 由 解放日报 提供 天问一号悬停避障后着陆模拟图

目前,火星上已有好奇号、毅力号两辆火星车结伴前行。3个月后,天问一号探测器如果安全着陆火星并顺利释放火星车,届时火星上现役火星车的数量将创造历史。一个火星探测的新时代正拉开大幕,更多火星的未知之谜将会被更快揭开。